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GENETICA BACTERIANA

Estructura del genoma de los organismos procariotas

• Contienen un único cromosoma de estructura circular• Básicamente ADN desnudo• Mayoría de la secuencia de ADN compuesta por genes

E. coli- 4.6 Mb ~87% --- 4288 genes

Estructura y función del genoma bacteriano

• El material genético de las bacterias se encuentra en el citoplasma, se le denomina como nucleoide, cuerpo nuclear, región nuclear.

• Esta compuesto de alrededor de 80% de DNA, 10% de RNA y 10% de proteínas (RNA polimerasa).

• En 1963 se logro aislar y extender el cromosoma de E. coli, determinado que tiene una longitud de 1 mm. Es una tira circular doble y que se encuentra super enrollado.

• El termino genoma se refiere al conjunto completo de elementos genéticos (genes) dentro de la célula.

• Los procesos genéticos requieren tres tipos de polímeros:

• Acido Desoxirribonucleico (DNA).• Acido Ribonucleico (RNA)• Proteínas.

• DNA: El cromosoma bacteriano único

contiene dos tiras complementarias de DNA que están enrolladas alrededor una de la otra en patrón helicoidal, con los extremos unidos para formar una molécula circular.

• Las moléculas de DNA son de doble cadena con bases complementarias. Esta característica le permite a una de las cadenas proporcionar la información para el copiado de la información en la otra cadena.

• Cada par de bases esta compuesto por una purina y una pirimidina.

• Las purinas de una cadena forman puentes de hidrogeno con las pirimidinas.

• El par A-T con 2 uniones puente de H.• El par G-C con tres uniones.• Cada una de las cuatro bases esta

unida a una fosfo-2’-dexosirribosa para formar un nucleótido.

• La longitud de una melecula de DNA se expresa en miles de pares de bases o en kilobases (kb).

• El cromosoma de una bacteria, E. coli, es una molécula circular única que contiene alrededor de 4,500,000 pares de bases o 4500 kb. Con una longitud aproximada de 1 mm.

RNA:

Existen 3 diferencias entre la química del DNA y la del RNA:

1. Las macromoléculas del RNA contienen el azúcar ribosa en lugar de desoxirribosa.

2. El RNA tiene la base uracilo en lugar de timina.

3. El RNA no es una molécula de tira doble

• Las bacterias contienen 3 tipos de RNA:

1. RNAm: (mensajero), su función es copiar el código genético del gen (DNA cromosómico) y llevar este mensaje al sitio de síntesis de proteínas (Ribosomas).

2. RNAt (transferencia), traducción del mensaje de RNA en una secuencia especifica de aminoácidos.

3. RNA (ribosomal) síntesis de proteínas.

ENZIMAS

1. Toposisomerasa II: promueve el superenrollarmiento (DNA girasa)

2. Toposisomerasa I: controla el desenrrollamiento.

3. RNA polimerasa: hace que las dos tiras de DNA se desenrollen de modo que se pueda transcribir la información.

RNAt

4. DNA ligasa: une los fragmentos sintetizados.

5. Primasa: inicia la síntesis de un fragmento roto.

RECOMBINACION GENETICA

• Es el proceso por el que los elementos genéticos contenidos en dos genomas separados se juntan en una unidad.

• Trae como consecuencia un cambio.

• Se transfieren genes completos, grupos de genes o cromosomas completos.

Formas de Recombinación

• Transformación: el DNA libre se incorpora a una célula.

• Transducción: La transferencia del DNA donador esta mediada por un virus.

• Conjugación: la transferencia de DNA implica contacto célula – célula y la presencia de un plasmido y de una estructura llamada pili.

TRANSFORMACION

• Este descubrimiento fue uno de los hechos mas relevantes, pues condujo a experimentos que probaron que el DNA es el material genético. Fred Grifth (1920).

• Trabajos con Streptococcus pneumoniae.

• No todas las bacterias tienen esta capacidad, sino células competentes que son capaces de tomar una molécula de DNA y lo integran a su cromosoma.

• Intervienen: proteínas especiales que intervienen en el trasporte e incorporación del DNA.

Transformacion: Etapas

1. Unión del DNA: proteína asociada a la membrana: autolisina y nucleasas.

2. Incorporacion del DNA: Primero se fija reversiblemente, luego

se vuelve irreversible.3. Integracion del DNA: proteína de

unión, en el cromosoma proteína RecA

• Cuando una célula es capaz de tomar una molécula o un fragmento de DNA y transformarse se denomina célula competente.

• Solo algunas cepas poseen esta característica, parece ser una propiedad hereditaria.

Experimento de Griffith

Neumococo vivo capsulado. (S)

Ratón muertoSe aíslan cepas lisas

Neumococo muerto por calor

Ratón vivo.

Neumococo vivo rugoso (R) no capsulado

Ratón vivo.

Neumococo (R) vivo +

Neumococo muerto

Ratón muerto: se aíslan cepas S

TRANSDUCCION

El DNA se transfiere de una célula a otra por medio de un virus: bacteriófago.

Transduccion

Transducción

• Cuando un fago infecta a una bacteria, capta fragmentos del genoma de la célula hospedadora.

• Al infectar a otra bacteria el fago transductor puede transferir sus propios genes y también los de la célula hospedadora de la cual procede.

Transducción

Puede ocurrir de 2 formas:1. Transducción generalizada: Cualquier porción del genoma

bacteriano pasa a formar parte del genoma de la partícula vírica.

Transducción

2. Transduccion especializada: El DNA de una región especifica del

cromosoma del hospedador se integra directamente en el genoma del virus.

No todos los fagos pueden transducir, ni todas las bacterias son transducibles.

Transducción

• El mecanismo de transducción fue descubierto por Zinder y Lederberg (1952).

• Estudiando la recombinación genética entre diferentes cepas de Salmonella typhimurium.

CONJUGACION

• Implica el contacto célula – célula.• El material genético transferido

puede ser un plasmido, o una porción del cromosoma.

• Una célula donadora trasmite la información genética a otra célula, la receptora.

• La célula donadora posee el pili o pelo sexual.

conjugacion

• La capacidad de la células para actuar como donantes se debe a la presencia de factor f o factor de fertilidad.

• Las células que carecen de factor f, son receptoras.

Pasaje de ADNPasaje de ADN

Conjugación

Factor de fertilización • 1946: Lederburg y Tatum• Forma básica del Factor F : plásmido • Célula con factor F: célula fértil • Plásmidos F con otros genes :plásmido F´• Plásmido F puede integrarse al cromosoma

• Otros plásmidos promotores de la transmisión del ADN : plásmidos conjugativos

A

Tipos de bacterias según el factor F (factor de fertilización)

• F-• F+• F’• Hfr

AB

B

C

A

DE E D

A B C DD

CB

C

CD

EE

F-

F’

Hfr

F+

Conjugación

E.coli AmpiR

E.coli EstR

+

AmpREstR

PLASMIDOS

• Son elementos genéticos que se replican independientemente del cromosoma.

• Se encuentran dentro de la célula.• Existen varios tipos de plasmidos.• En E coli, se han aislado mas de 300

Tipos de plasmidos

• P. conjugativos: codifican pili sexuales y proteínas necesarias para la transferencia de DNA.

• P. R (resistencia a los antibióticos, mercurio).

• P. Producción de bacteriocinas y antibióticos.

Tipos de plasmidos

• Plasmidos de funciones fisiológicas: Utilización de urea, Fermentación de carbohidratos. Producción de pigmentos.• Plasmidos de virulencia: producción

de toxinas, enzimas, tumores.

• E coli, posee un plasmido conjugativo llamado Factor F:

- Capacidad para sintetizar pili. - Movilización del DNA para su

transferencia. - Alteración de receptores de la

superficie de la célula.

Terapia genica

MUTACION

• Es un cambio hereditario en la secuencia de bases del acido nucleico que constituye el genoma de un organismo.

• Fenotipo: las características observables de un organismo.

• Genotipo: constitución génica precisa de un organismo. (conjunto de genes)

MUTACIONES

• Cepa silvestre: cepa aislada de la naturaleza.

• Se pueden obtener mutantes de una cepa silvestre o de una derivada de esta.

• Pueden ocurrir cambios perjudiciales, neutros o beneficiosos.

MUTACIONES

• M. Espontáneas.Ocurren en la naturaleza, sin ser

provocadas.Ej: efectos de la radiación natural, que

alteran la estructura de las bases de DNA. Errores en el apareamiento de bases.• Tipos de mutantes: No capsulado, inmóvil,

fermentación de azucares.

MUTACION

• Mutaciones inducidas por mutágenos, sustancias que inducen a mutaciones.

• Mutágenos químicos: reaccionan directamente con el DNA, ocasionando cambios químicos, en las bases.

• Acido nitroso, bromuro de etidio etc.• Mutágenos físicos: rayos UV, rayos X.